采用氧化还原沉淀+微电解法处理铝材三酸抛光废气喷淋液

许玉恒

摘 要：研究了一种采用氧化还原+铁碳微电解法+折点加氯法处理三酸抛光废气喷淋液中的方法。结果表明，在进水流量为3 m3/h，COD约为30 000 mg/L，总氮约为6 920 mg/L时进行连续试验，反应8 h后，出水COD去除率达到96%以上，总氮去除率达99%以上。

关键词：废水处理；氧化还原；铁碳微电解法；折点加氯法

中图分类号：O69 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.121

随着我国经济的高速发展，人们的需求越来越多样化。以前普通的铝型材表面处理方式已经满足不了人们对铝型材的高要求了。铝型材三酸抛光表面处理工艺是一种比较高端的表面处理工艺。三酸抛光表面处理工艺中是采用不同比例和浓度的磷酸+硫酸+硝酸混合液为抛光液，槽液温度在120 ℃左右。这个工艺参数下，铝材抛光过程中会产生一定量的酸性硫氧化物和氮氧物化酸雾。为了保持良好的工作环境和防止空气污染，该生产工序一般采用喷淋处理上述酸雾，喷淋液是硫化钠+烧碱的混合液体。当运行一段时间后，喷淋液失效，需更换新的喷淋液。废弃喷淋液色度高、COD高、硝酸盐氮浓度高。其中，硫离子及亚硝酸盐是影响废液COD的主要因素。如果这些废液不经有效处理而直接排放，会对环境造成一定的影响，必须进行相关处理达到标准才能排放。当前，这类特殊的废液往往被忽略，没有针对性的处理方式。在环保要求越来越高的今天，急需解决该问题。笔者以实际工程为案例，介绍一种具体处理方法，期望得到同行的指正。

1 原理介绍

该处理方法主要使用氧化还原法和微电解法，下面分别介绍两种方法的原理

1.1 氧化还原

由于废液中含有大量的硫离子，硫离子具有强还原性，采用具有强氧化性的H2O2作为氧化剂氧化硫离子，使其成为硫单质经沉淀去除。

1.2 铁碳微电解法

将铁碳填料浸入废水中时，由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成无数个微原电池。其中，电位低的铁成为阳极，电位高的碳成为阴极，在充氧条件下发生电化学反应，其反应过程如下：

反应中生成的OH-是出水pH值升高的原因，而由Fe2+氧化生成的Fe3+逐渐水解生成聚合度大的Fe（OH）3，胶体絮凝剂可以有效地吸附、凝聚水中的污染物，从而增强对废水的净化效果。

当前比较成熟的反应装置有两种，一种是反应器，如图1所示，一种是反应池。反应器安装便捷，成本较低，适合污水量不大的工程使用；反应池成本较高，但是处理量大，适合大型工程使用。

2 具体工艺简述

一种以双氧水为氧化剂氧化废液中的硫离子，使其变成硫单质沉淀去除，然后以铁碳填料为反应介质，使废液中的硝酸盐氮转化成氨氮，再以折点加氯法去除氨氮。

主要工艺流程图如图2所示。

原理和方法为在pH=6的中性介质下，硫化钠会与双氧水发生如下反应：

由于喷淋液中同时存在硫离子、硝酸根离子和亚硝酸根离子，当反应pH<3时，会有硫化氢和二氧化氮释出，造成二次污染。而铁碳微电解池在pH=5时填料损耗处于最低值，降低了运行成本。

经微电解池处理后，废液进入调整池，在调整池中，加入烧碱调节废水pH值至7，使废水中的2价铁离子与烧碱反应生成氢氧化物沉淀后在竖流式沉淀池中去除。沉淀池上清液进入除氨氮池，在除氨氮池中加入烧碱调节废水pH值至10，同时加入次氯酸钠，使废水中的铵根离子转变成N2.

3 处理方法的讨论和验证

3.1 处理方法的讨论

3.1.1 工程方案的讨论

3.1.1.1 酸化法

在废水中加入硫酸，使废水的pH值保持在3左右，废水中的硫离子与氢根离子反应，生成硫化氢气体。化学反应式为：

S2-+2H+=H2S↑.

由于硫化氢具有恶臭气味，需要配套硫化氢吸收塔对其进行处理，所以增加了投资费用。

3.1.1.2 铁盐沉淀法

在废水中添加过量硫酸亚铁，使废水中的硫离子与亚铁离子发生反应，生成硫化亚铁黑色沉淀。化学反应式如下：

S2-+Fe2+=FeS↓.

使用硫酸亚铁处理硫离子运行费用低，但会产生大量的污泥，增加废水处理工人的劳动强度。

综上所述，采用双氧水氧化硫离子具有操作简单、产泥量少、运行费用低的特点。

经双氧水氧化释出硫单质沉淀后，废液中的还原性物质被大部分去除，COD降至15 000～12 000 mg/L左右。经絮凝沉淀后上清液进入铁碳微电解系统。

3.1.1.3 硝酸盐氮去除方法对比与筛选

生化法去除硝酸盐：生物脱氮又称生物反硝化，是指在缺氧条件下，微生物利用NO3-作为电子受体进行无氧呼吸。在缺氧条件下，由兼性脱氮菌（反硝化菌）作用，将NO2--N和NO3--N还原成N2的过程。由于废水可生化性差，采用生化法去除硝酸盐不适合于本废水。

3.1.2 工艺参数的讨论

在废水中添加双氧水，由于双氧水具有强氧化性，而硫离子具有强还原性，当加入双氧水时，废水中的硫离子与双氧水发生以下反应：

Na2S+H2O2=2NaOH+S↓.

反应过程中废水中会释出白色沉淀物，该沉淀物即为硫单质。由于反应过程中有NaOH产生，溶液内pH会升高，在碱性状态下，硫离子与烧碱发生以下副反应：

6NaOH+3S=2Na2S+Na2SO3+3H2O.

為了避免副反应的发生，反应过程中溶液内部需保持pH=6.

该方法的重点在于pH值的调整，在pH过高的时候，该副反应就会明显加剧，而在铁碳微电解中，低pH能提高氧的电极电位，进而加大微电解的电位差，促进电极反应，所以pH值应该越低越好，可是较低pH值会导致铁的消耗量过大，最终增加成本增加，权衡利弊后，最终选择pH值5为生产参数。

对于其他工艺条件，氧化还原反应速度较快，对于时间和温度的要求不严格，主要讨论铁碳微电解工艺的条件。

反应时间：随着时间的增加，CODCr去除率逐步升高，只是达到一定时间界限后，去除效果明显降低，本次铁碳池体积为50 m3，进水流量目前为3 t/h，停留时间为8 h，为最佳效果。

铁比：碳按1∶1的体积比或者质量比为2∶1装入反应器。微电解对于温度因素要求不高，只要别出现10 ℃以下的温度，一般不用额外加热，保持自然温度即可。温度提高，电解速度加快，但只要达到常温就可以到达预期的处理效果。

曝气时间：曝气量的增加会提高CODCr的去除率，增加水中的溶解O2. 当曝气量达到3 L/ min 后，CODCr去除率提高的速度就缓慢多了。

3.2 处理方法的验证

广州某厂设计建造的处理铝材三酸抛光废气喷淋液就采用的是氧化还原沉淀+微电解法。检测处理废水的情况为：进水流量为3 m3/h，COD约为30 000 mg/L，总氮约为6 920 mg/L。设备正常运行时，处理出水COD去除率达到96%以上，总氮去除率达99%以上，证明采用该组合方法的工程能够达到设计目标。

参考文献

[1]乔瑞平，孙承林，于永辉，等.铁炭微电解法深度处理制浆造纸废水的研究[J].安全与环境学报，2007（3）：57-58.

[2]胡玉洁，华兆哲，王璋，等.黄姜废水的铁炭微电解混凝预处理研究[J].环境污染治理技术与设备，2006，5（9）：44-48，81-83.

〔编辑：王霞〕